[发明专利]用于检测蒸汽涡轮中的泄漏的方法和系统

说明书

技术领域

这里公开的主题总地涉及泄漏的检测，更具体地说涉及蒸汽涡轮中的泄漏的检测。

背景技术

蒸汽涡轮已经普遍应用于机械功率或电功率的生产超过一百年了。标准循环基于产生蒸汽的热能源、涡轮、用于排热的水冷式或空冷式冷凝器和泵送系统。蒸汽涡轮是高度有效的，因为蒸汽的膨胀力是用于驱动涡轮的任何常见气体中最大的。蒸汽涡轮还受益于廉价、充足且环保的工作流体的使用。因而，蒸汽涡轮用于许多应用。

然而，最高可能的效率的实现需要利用高温和高压。蒸汽涡轮在这些条件下的稳健操作则可能是有问题的。例如，已经使用了高达1400华氏度(760 ℃)和5600 psi的入口温度和压力。对于现代锅炉和蒸汽涡轮系统常见的条件是大约1050 F(565 ℃)和2400-3500 psi。这种类型的系统通常将包含“再热”，其中蒸汽重新进入锅炉，以用于一个或多个附加热级。

通常，锅炉下游和第一再热器上游的第一涡轮部段被称为高压(HP)涡轮。来自高压(HP)涡轮的排出蒸汽被发送给锅炉，以用于沿着冷的再热管线进行再热。在流入到中间压力(IP)涡轮中之前，再热的蒸汽通常被加热至初始的入口温度。在排出至冷凝器之前，来自IP涡轮的排气进入并流过低压(LP)涡轮。某些系统可能不包含IP部段，并且更复杂的系统可具有多个再热级。系统的物理设计可能依赖于应用而变化。涡轮部段可驻留在相同的外壳中，或者可能存在多个外壳。

蒸汽涡轮外壳的变形可能容许蒸汽围绕密封件或在涡轮叶片的顶端发生泄漏。这种泄漏减少了可用于在涡轮叶片下游做功的蒸汽数量。外壳的变形可使密封件扭曲，密封件意图防止蒸汽和气体的泄漏。

在蒸汽涡轮中的密封件包括静态外壳结构上的齿，其与叶片盖交错。在外壳上的齿和叶片上的齿之间的间隙是狭窄的，以防止蒸汽在叶片盖上的泄漏。蒸汽涡轮在涡轮叶片级之间还具有级间密封件。级间密封件防止蒸汽通过涡轮隔膜填料的泄漏，其围绕转子轴并且位于各个叶片级之间。外壳的变形可能使密封件扭曲，并容许蒸汽通过密封件而逃逸，并进出外壳。

在涡轮的装配或操作期间可能由于管道连接而发生作用在涡轮外壳上的过大的力。在涡轮起动期间，当管道和涡轮变热时，管道负荷倾向于是高的。管道和涡轮外壳在起动期间的加热导致管道和外壳的差热膨胀。在管道和外壳之间的差热膨胀将对外壳应用负荷，其使外壳扭曲。在涡轮起动期间，外壳中的扭曲通常加大了涡轮叶片和密封件间隙。在涡轮过渡操作期间，过大的管道负荷还可能使涡轮外壳扭曲。在瞬变期间，尤其当管道中发生冷却时，管道负荷倾向于使涡轮外壳扭曲，以减少在密封件和叶片之间的间隙。如果这些间隙变得太小，那么固定密封件可能“被擦掉”，因为它们逆着旋转叶片变碎。擦掉的密封件不会提供有效的密封，因为它们容许蒸汽在稳态涡轮操作条件期间发生泄漏。因此，过大的管道负荷可能使外壳和叶片之间的密封件受损和扭曲，使得涡轮性能被降级。另外，已经知道潜在的泄漏点还可能包括管道镜端口凸缘、停止阀凸缘、涡轮水平和竖直接头、交叉的管道凸缘、截流阀凸缘、蒸汽引管凸缘、控制阀凸缘、汽封调节器、机械液压涡轮控制抽汽压力连接装置、以及蒸汽密封填料箱。

任何不合适宜的蒸汽泄漏，无论是内部的或是外部的，都将减少蒸汽涡轮的效率。外部泄漏的蒸汽还可能对工作在涡轮附近的人员产生安全性危险，并且产生相对较热的条件，在这种条件下，电动附件，例如换气扇或泵的使用寿命可能缩短。蒸汽和其它可能与蒸汽一起带来的物质在非常高的压力和/或温度下对于肉眼并不总是可见的，并且时常比外部泄漏的蒸汽更不易被肉眼可见。这使得检测蒸汽涡轮中的蒸汽泄漏变得非常困难。在制造期间，通常对新的蒸汽涡轮执行流体静压力测试，但这种方法不用于运转的蒸汽涡轮。嗅探类型的传感器是非常劳动密集性的，并且难以在运转的蒸汽涡轮周围执行。现存的方法不会提供远程、灵敏、精确、安全、快速或在线蒸汽涡轮泄漏检测能力。

发明内容

本公开提供了一种用于远程、灵敏、精确、安全、快速且在线检测来自蒸汽涡轮的蒸汽泄漏的方法和系统，其避免了健康、环境和安全性问题以及避免了不想要的停机时间。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测蒸汽涡轮中的泄漏的系统。该系统包括红外线成像装置，其适合于扫描蒸汽涡轮的至少一部分，并与通告装置通信。红外线成像装置包括冷却的检测器和滤波器，滤波器具有在大约2.5 μm至大约8 μm之间的光谱响应或带通。泄漏将在通告装置上被指示出来，并且冷却的传感器被冷却到大约-80 ℃至大约-200 ℃之间。在泄漏检测期间，蒸汽涡轮可能是在线的。